新型迭代重建算法（IMR）和iDose3重建技术在骨盆外伤低剂量CT扫描中的应用价值

吴 迪，郭文力，林 坤，次旦旺久，陈志安

（中国医科大学附属盛京医院放射科，辽宁 沈阳 110004）

◁影像技术学▷

新型迭代重建算法（IMR）和iDose3重建技术在骨盆外伤低剂量CT扫描中的应用价值

吴 迪，郭文力，林 坤，次旦旺久，陈志安

（中国医科大学附属盛京医院放射科，辽宁 沈阳 110004）

目的：比较新型迭代重建算法（IMR）和iDose3技术在骨盆外伤CT扫描中的图像质量，评价其低剂量在骨盆外伤CT扫描中的应用价值。方法：拟行CT检查的25例骨盆外伤患者，采用管电压80 kV，自动管电流扫描，扫描后的数据同时进行IMR和iDose3重建技术重建，分别命名为A组和B组。比较两组图像的客观噪声和主观图像质量。用IBM SPSS Statistics 19.0统计软件对各组数据进行统计学分析。结果：两组图像质量均满足诊断要求。A组图像质量客观评价及主观评分均优于B组，两者差异有统计学意义（P＜0.05）。结论：骨盆外伤低剂量CT检查中IMR重建较iDose3重建技术能显著减低图像噪声，在相同辐射剂量条件下能显著提高图像质量。

骨盆；外伤；体层摄影术，螺旋计算机；图像处理，计算机辅助

随着CT检查设备的普及和CT检查在临床影像诊断中的应用次数的增加，CT检查带来的辐射危害受到社会各界的关注。据文献报道[1]在美国0.2%～2%的肿瘤发生与CT检查辐射相关，因此，在满足诊断要求的图像质量的前提下，降低CT辐射剂量，已成为现阶段CT检查的宗旨，也是学者及专家的研究热点。迭代重建算法（IMR）技术是一种兼顾了光学系统和图像统计的基于知识的迭代算法 （IR）[2]。有研究显示IMR重建技术在肺结节体模实验及泌尿系统结石的影像检查中，在相同辐射剂量条件下图像质量优于iDose重建后的图像质量[2-3]。本研究中，我们比较IMR技术和iDose3重建技术在临床骨盆外伤患者的CT检查中的CT图像质量，评价其在骨盆外伤CT检查中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集我院2015年1月—2016年1月因各种原因引起骨盆外伤的患者25例，其中男14例，女11例，年龄20～78（45.64±18.08）岁，身高155～185（164.84±7.62）cm，体质量44～85（60.88±9.88）kg，体质量指数（BMI）19.23～24.98 kg/m2。所有入组患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与扫描方法

所有患者均采用Philips公司的iCT（Brilliance iCT）256层螺旋CT扫描仪。扫描范围包括肾下缘至耻骨联合下缘水平，扫描范围包含全部骨盆结构。扫描采用的管电压为80 kV，管电流为自动管电流，扫描层厚1.0mm，层间距0.5mm，螺距0.399，准直128×0.625，矩阵512×512。扫描后数据同时进行IMR和iDose3重建，分别命名为A组和B组。

1.3 图像后处理

扫描后的图像数据上传至Philips IntelliSpace Portal工作站，骨窗图像（窗宽1 500，窗位500）进行多平面重组（MPR），软组织窗图像（窗宽350，窗位60）进行容积再现（VR）重建，重建后的图像上传至我院PACS系统（Neusoft PACS/RIS V5.5.02系统）。

1.4 辐射剂量

记录CT扫描时生成的CT剂量加权指数（CTDIvol）和剂量长度乘积（DLP）。计算有效剂量（ED），ED=DLP×K，单位为mSv，其中K值为换算因子，K= 0.014[4]。

1.5 图像质量评价

1.5.1 图像质量的客观评价

客观质量评价由1名（有5年影像诊断经验）影像诊断医师在不知实验分组、重建方式及扫描参数条件的情况下，对两组骨盆软组织窗CT图像进行客观评价。评价内容包括，髋关节上缘水平右侧距离影像图像1cm的空气处，选取范围约20～30mm2的圆形感兴趣区（ROIs），空气的CT均值的标准差作为背景噪声（SD），相应水平臀大肌以及臀部皮下脂肪组织处，选择相同大小的ROIs，并测量CT值和均值的标准差，并计算臀大肌的图像信噪比（SNR）=臀大肌的CT值的平均值/臀大肌SD值，臀大肌对比噪声比（CNR）=（臀大肌CT值平均值-皮下脂肪CT值）/背景SD值。选择ROIs时选择密度均匀组织，尽量避免密度不均匀区，所有ROIs均重复测量3次，取其平均值。

1.5.2 图像质量的主观评价

所有横断面图像、重建后MPR及VR图像均上传至我院PACS系统（Neusoft PACS/RIS V5.5.02系统）。图像质量评价过程中掩盖所有扫描参数及受检者信息。由2名有10年以上放射诊断经验的医师在双盲条件下，根据骨盆CT解剖结构显示的精细度、噪声、伪影以及图像是否满足诊断要求等方面进行主观评价（包括轴位骨窗、软组织窗，重建后的MPR及VR图像）。图像质量评分标准参考Kalra等[5]5级评分法。5分：图像质量优，噪声非常少，达到用于临床诊断标准。4分：图像良好，噪声较少，达到用于临床诊断标准。3分：图像一般，噪声在可接受范围之内，不影响诊断。2分：图像较差，噪声超过接受范围，影响诊断，不能满足诊断要求。图像质量评分≥3分认为图像质量满足诊断要求。

1.6 统计学分析

采用IBM SPSS Statistics 19.0统计软件进行统计分析。计量资料均以±s表述。组间的CT值、SD值、SNR值、CNR、扫描长度、DLP以及ED的对比采用配对t检验，P<0.05认为差异有统计学意义。两名观察者对图像主观质量评价比较采用配对Wilcoxon符号秩检验。两名观察者对图像质量主观评价一致性采用Kappa检验。Kappa值≤0.2认为两者间一致性差，＞0.2～0.4两者间一致性一般，＞0.4～0.6两者间一致性中等，＞0.6～0.8两者一致性好，＞0.8～1.00两者的一致性非常好。

2 结果

2.1 辐射剂量

CTDIvol、DLP和ED分别为（14.14±1.21）mGy、（353.6±30.14）mGy·cm、（4.95±0.42）mSv，参考李耀平等[6]骨盆常规剂量的CT检查中ED为7.98 mSv，本研究中CT ED降低约38%，经单样本t检验，两者之间差异有统计学意义，t=-35.9，P＜0.05。

2.2 图像质量的评价结果

2.2.1 图像质量的客观评价结果

各组的CT值、噪声、SNR及CNR结果见表1，可见A组图像客观噪声值明显低于B组（P＜0.01），而图像SNR及CNR明显高于B组（P＜0.01，图1）。

表1 图像客观质量评分结果比较

2.2.2 图像质量的主观评价结果

两组轴位、冠状位MPR以及VR主观图像评价结果见表2，两名观察者对图像评价一致性中等以上，两名观察者对图像质量的主观质量评分均值A组高于B组，经秩和检验，两名观察者对两组图像质量评分差异有统计学意义（P＜0.05，表3，图1）。

3 讨论

CT检查已经成为临床影像诊断过程中最主要的影像检查手段，尤其多层螺旋CT扫描速度快、密度分辨率高并提供了强大数据后重建功能，使CT检查在重叠因素较多的骨盆外伤患者中的应用越来越多[7-8]，但是CT检查是高辐射影像检查方法，盆腔中的性腺组织对X射线非常敏感，过量的放射辐射可能诱导严重的并发症，例如生殖细胞 （精子和卵子）染色体畸变等。因此，CT检查中在满足临床诊断质量的前提下，尽可能多地降低CT辐射剂量已成为临床CT检查的原则[9]。

表2 图像主观质量的评价结果一致性检验

表3 两名观察者对A、B两组图像主观质量评价结果比较

图1 骨盆多发骨折患者的骨盆CT图像。图1a～1d（A组）采用IMR重建的CT图像，分别为软组织窗轴位骨盆CT图像、骨窗轴位骨盆CT图像、冠状位重建后骨盆CT图像以及VR重建后骨盆CT图像。图1e～1h（B组）采用iDose3重建后的骨盆CT图像，分别为软组织窗轴位骨盆CT图像、骨窗轴位骨盆CT图像、冠状位重建后骨盆CT图像以及VR重建后骨盆CT图像。两组图像质量均满足诊断要求，所有图像均能清晰显示骨折线，A组图像噪声明显低于B组。Figure 1. Pelvis CT images of one pelvic trauma patient.Figure 1a～1d:Reconstructed with iterative model reconstruction algorithm（A group）.Figure 1a:Soft tissue window transverse pelvis CT image.Figure 1b:Bone window transverse pelvis CT image.Figure 1c:Bone window coronal pelvis MPR image.Figure 1d:VR image of pelvis.Figure 1e～1h:Reconstructed with iDose3algorithm （B group）.Figure 1e:Soft tissue window transverse pelvis CT image.Figure 1f:Bone window transverse pelvis CT image.Figure 1g:Bone window coronal pelvis MPR image.Figure 1h:VR image of pelvis.The image quality of the two groups both met the diagnostic requirements,all images can clearly show the fracture line,but the image noise of group A was much lower than that of group B.

X线辐射剂量与管电压的平方呈正比，降低管电压明显降低CT辐射剂量。我们在以往眼眶低剂量CT研究[10]发现，在管电压80 kV条件下眼眶CT进行iDose3重建后，重建后的CT图像均满足诊断要求而且能显著降低CT辐射剂量，因此，本文中我们在骨盆CT检查中，管电压采用80 kV。参考李耀平等[6]的骨盆CT检查常规剂量组比较，发现本实验中有效剂量仅为常规剂量组的62%，且扫描后所有骨盆CT图像质量均满足诊断要求。为了减少患者接受不必要的CT辐射，本实验分组中未设置常规剂量组的对照。

低管电压能显著增加CT图像噪声，而IR技术是通过数学模型来纠正和减低图像的噪声的CT数据重建算法，能显著提高CT图像质量[11-13]。IMR技术是一种兼顾了光学系统和图像统计的基于知识的新型迭代算法（IR）[2]。研究报道，在肺结节的体模CT检查及泌尿系统结石CT检查中发现IMR重建技术的图像质量优于IR（iDose）重建后的图像质量，本文中我们将骨盆CT检查中两种重建算法的图像质量进行比较。

本研究中图像客观噪声评分可见，IMR重建后图像平均噪声值仅为5.66±2.37，而iDose3重建后的噪声值为21.0±4.17，IMR重建后图像噪声降低了约73%，因此说明，IMR重建能显著减低图像的噪声，而且IMR重建后臀大肌的图像信噪比及对比噪声比明显高于iDose3重建组，经统计分析，两者的差异有统计学意义。在图像质量的主观评价中，为了减少主观误差，我们采用2名有10年以上放射诊断经验的影像诊断医师盲法对图像质量进行评价。通过两名观察者图像质量评分结果发现，IMR重建后的图像质量总评分均高于iDose3重建后的图像，轴位软组织窗的图像质量的评分尤为显著，但是VR重建后图像质量评分两者差异并不明显，这结果与我们在以往眼眶低剂量CT扫描中的结果相似[13]。IMR重建后图像评分结果中我们发现，两名观察者对图像质量评分结果一致性仅为中等，说明两名观察者对图像质量评分结果存在一定差异，我们分析其主要原因是IMR重建后的CT图像显示略不同于以往常规CT扫描后的图像，因此，两名观察者对IMR重建后的图像不适应，最终导致这种差异，但是总的图像质量IMR重建组仍显著高于iDose重建组。

总之，低管电压联合自动管电流CT检查后进行iDose3或IMR重建，能显著降低骨盆CT检查带来的CT辐射剂量，且图像质量满足临床诊断需要，而且相同辐射剂量条件下IMR重建后图像质量明显优于iDose3重建后的图像。本研究的不足之处是，未设置常规剂量的对照组，另外，骨盆CT经IMR重建后的影像诊断效能未进行评价，因此，能否良好显示骨盆外伤后的改变，有待进一步研究。

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Application of iterative model reconstruction and hybrid iterative reconstruction iDose3in low dose CT scan of pelvic trauma

WU Di,GUO Wen-li,LIN Kun,CIDAN Wang-jiu,CHEN Zhi-an
(Department of Radiology,Shengjing Hospital of China Medical University,Shenyang 110004,China)

Objective:To compare the image quality between iterative model reconstruction(IMR)algorithm and hybrid iterative reconstruction algorithm(iDose3)in the low-dose pelvic trauma CT scan.Methods:A total of 25 pelvic trauma patients underwent pelvis CT scan,with tube voltage 80 kV and automatic tube current.After scanning the date were reconstructed with IMR and hybrid iterative reconstruction iDose3simultaneously,each named group A and group B.Objective noise and subjective image quality were statistically compared between the two groups with IBM SPSS Statistics 19.0.Results:The image quality of the two groups both met the diagnostic requirement.Both objective and subjective evaluation scores of image quality were higher in group A than group B,the difference was statistically significant(P＜0.05).Conclusion:IMR can significantly improve the image quality and reduce the radiation dose in low dose CT scan of pelvic trauma.

Pelvis;Trauma;Tomography,spiral computed;Image processing,computer-assisted

R681.6；R814.42

A

1008-1062（2016）11-0819-04

2016-03-31

吴迪（1983-），男，辽宁营口人，技师。E-mail：wudisjhosp@163.com

陈志安，中国医科大学附属盛京医院放射科，110004。E-mail：chenza2008@sina.com